FR2583100A1

FR2583100A1 - Palier perfectionne pour molettes de trepan de forage a molettes coniques

Info

Publication number: FR2583100A1
Application number: FR8518972A
Authority: FR
Inventors: David R Hall
Original assignee: Megadiamond Industries Inc
Current assignee: Megadiamond Industries Inc
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1985-12-20
Publication date: 1986-12-12
Anticipated expiration: 2005-12-20
Also published as: GB2168737B; FR2583100B1; IT8548952A0; CA1254552A; MX162428A; GB2168737A; GB8531433D0; IT1182101B; DE3545438A1

Abstract

LES MOLETTES 36 DE CE TREPAN TOURNENT SUR DES AXES 35 AU MOYEN DE PALIERS QUI COMPRENNENT DES COUSSINETS D'AXE 41 ET DE MOLETTE 42 TRONCONIQUES ET COMPLEMENTAIRES, AINSI QUE DES COUSSINETS DE BUTEE 45, 46 ENTOURANT UNE VIS 43. LES SURFACES DE PORTEE DES COUSSINETS 41, 42, 45, 46 SONT FAITES DE DIAMANT POLYCRISTALLIN FRITTE OU INCORPORE DANS UNE MATRICE METALLIQUE ET FORMENT DES SURFACES CONTINUES OU DES PASTILLES RAPPORTEES. LA VIS 43 EST SERREE AVEC UNE PRECONTRAINTE DE TENSION QUI MAINTIENT LES COUSSINETS 41, 42, 45, 46 EN COMPRESSION L'UN CONTRE L'AUTRE.

Description

1 La présente invention se rapporte d'une façon générale au domaine des

trépans de forage et, plus parti- culièrement, aux trépans à molettes coniques. Les trépans à molettes coniques comprennent gé- 5 néralement un corps principal de trépan qui peut être fixé à un train de tiges rotatif. Le corps du trépan com- prend habituellement deux ou trois branches qui s'éten- dent vers le bas. Chaque branche présente un axe qui est incliné vers le bas et vers l'intérieur. Une molette coni- 10 que munie de taillants ou organes de coupe, de "dents", ou de crêtes disposés sur sa surface externe est montée rotative sur chaque axe. Pendant le forage, la rotation du train de tiges fait tourner chaque molette conique au- tour de son axe en faisant attaquer et désintégrer la ro- 15 che par les éléments de coupe. En raison de leur effet de coupe agressif et de leur grande vitesse de pénétration qui en résulte, les trépans à molettes coniques sont largement utilisés pour les opérations de forage de pétrole, de gaz, et de géo- 20 thermie. Toutefois, il se pose certains problèmes qui limitent la durée utile et le rendement des trépans à molet- tes coniques. La durée utile d'un trépan est un paramètre particulièrement critique si l'on tient compte de l'impor- tante somme de temps et d'argent qui est nécessaire pour 25 remonter et remplacer tout le train de tiges à la suite d'une défaillance de trépan. Les paliers utilisés entre les axes et les mo- lettes sont la source d'importants problèmes. Ces paliers travaillent dans un environnement extrêmement hostile en 30 raison de la grande valeur et de l'irrégularité des ef- forts, des températures et pressions élevées et de la pré- sence de particules abrasives, aussi bien dans les débris de forage que dans le fluide de forage. Ceci est particu- lièrement vrai dans le cas du forage de trous profonds. 35 En outre, certains trépans, tels que ceux utilisés dans l'exploration géothermique, sont soumis à un environne-

2 ment chimique corrosif. Un autre facteur qui peut condui- re à une défaillance précoce des paliers consiste dans l'inaptitude des paliers à résister aux variations du mo- ment des forces qui s'exercent sur les molettes. Etant 5 donné que les organes de coupe de la couronne d'organes de calibrage s'usent progressivement, les parois latéra- les du trou de forage sont moins nettement définies. Il en résulte que les forces exercées par la paroi latérale du trou croissent. Ces forces latérales augmentées ten- 10 dent à déporter les molettes par rapport à leur axe de ro- tation initial, en "pinçant" les éléments roulants des roulements dans leurs bagues et en contribuant à la dé- faillance précoce des paliers. Malheureusement, ces conditions extrêmes entraP- 15 nent fréquemment une défaillance des paliers des molettes coniques avant la défaillance d'autres éléments du tré- pan, et même avant la défaillance des éléments de coupe des molettes. En outre, au fur et à mesure que les pa- liers s'usent, ils peuvent laisser les molettes "flotter" 20 plus fortement. Il en résulte qu'un trépan à molettes co- niques dont les paliers sont usés ne suit pas aussi exac- tement sa trajectoire dans le trou de sonde et possède une vitesse de pénétration réduite. En outre, ces limita- tions de la capacité des paliers limitent à leur tour la 25 charge qui peut être appliquée au trépan, ainsi que la vi- tesse angulaire à laquelle le trépan peut être entraîné en rotation, ce qui limite les vitesses de pénétration que l'on peut obtenir ainsi que les dessins qu'il est pos- sible d'adopter pour les organes de coupe. 30 Dans certaines des versions antérieures de tré- pans à molettes coniques, la structure de palier était re- lativement simple. Par exemple, les brevets des E.U.A. n 1 649 858 et 1 909 078 montrent tous deux un trépan à mo- lettes coniques muni d'un palier du type à frottement de 35 glissement, de forme tronconique, interposé entre l'axe et la molette. Les paliers de ce type avaient une

3 espérance de vie relativement courte mais il en était de même pour les autres éléments constitutifs des trépans an- térieurs. Toutefois, au fur et à mesure que l'on a commen- cé à utiliser des matériaux plus durs et de plus grande 5 durabilité, tels que le carbure de tungstène brasé, pour certains des autres constituants des trépans à molettes coniques et au fur et à mesure que l'on a utilisé ces nou- veaux trépans pour forer des trous de plus en plus pro- fonds à travers des matières plus dures, on a procédé à 10 diverses modifications pour améliorer l'aptitude des pa- liers à supporter des charges plus fortes pendant des pé- riodes plus longues. A présent, les paliers typiques interposés en- tre axe et molette sont constitués par une combinaison de 15 roulements et de paliers à frottement de glissement. Les roulements (par exemple, les roulements à billes ou à rou- leaux) sont utilisés pour faciliter la rotation, absorber les forces radiales et, fréquemment, pour retenir la mo- lette sur l'axe. Les roulements sont utilisés, tant pour 20 les paliers "de butée", dans lesquels les surfaces conju- guées sont disposées perpendiculairement à l'axe géométri- que de l'axe et absorbent les forces axiales, que dans le cas des roulements radiaux, dans lesquels les surfaces conjuguées sont disposées parallèlement à l'axe géométri- 25 que de l'axe et absorbent les forces radiales. On utilise fréquemment des lubrifiants et réfri- gérants pour accroître la durée de vie des paliers. Une version utilise une graisse pour lubrifier les paliers. Dans les trépans utilisant un tel lubrifiant, il est 30 nécessaire de rendre les paliers étanches de façon à rete- nir la graisse et à éviter la pénétration de la boue de forage et des débris de roches. La plupart de ces trépans comprennent également un réservoir de lubrifiant et un compensateur de pression pour compenser les pertes de lu- 35 brifiant ainsi que les hautes températures que le trépan peut rencontrer lorsqu'il sort des trous profonds. Par

4 exemple, on pourra se reporter aux brevets des E.U.A. n 3 397 928 ; 3 176 195 et 4 061 376. Naturellement, chacu- ne de ces dispositions augmente la complexité de la cons- titution et de la fabrication du trépan, en exigeant habi- 5 tuellement que les molettes soient tout d'abord montées ou "épinglées" sur les axes qui sont portés par des branches détachées, après quoi ces branches sont soudées sur le corps principal du trépan. En outre, en raison des ef- fets préjudiciables que les hautes températures exercent 10 sur les joints et les lubrifiants, la vitesse maximum de rotation à laquelle on fait travailler ces trépans à pa- liers étanches est fréquemment limitée. La durée des paliers peut également être augmen- tée par l'utilisation de matériaux plus durs et plus ré- 15 sistants à l'usure. Par exemple, la plupart des trépans utilisent actuellement la carburation, le durcissement su- perficiel ou les mises rapportées en métaux spéciaux pour les surfaces de portée, tous ces procédés acroissant la complexité et le coût de la fabrication. On se reportera, 20 par exemple, au brevet des E.U.A. n 4 054 426. D'un autre c6té, le brevet des E.U.A. n0 4 190 301 décrit l'utilisa- tion de deux éléments compacts opposés en diamant poly- cristallin pour le palier axial "de nez". Par ailleurs, le brevet des E.U.A. n 25 4 260 203 décrit l'utilisation de surfaces de portée ra- diales et axiales composées de diamant polycristallin. Bien que l'utilisation de surfaces de portée en diamant polycristallin puisse constituer un perfectionnement, comparativement à l'utilisation d'autres matériaux, la cons- 30 truction du trépan du brevet 4 260 203 précité ne prend pas en compte certaines propriétés inhérentes au diamant polycristallin. En particulier, l'inventeur a observé que, bien qu'il soit très résistant à la compression, le diamant polycristallin n'est pas très résistant à la trac35 tion. Etant donné que la construction du brevet 4 260 203 précité possède des paliers radiaux et axiaux disposes

5 perpendiculairement entre eux, il fait subir des forces de traction importantes au diamant polycristallin. En effet, lorsque les paliers axiaux sont mis en compres- sion, les paliers radiaux sont mis en traction. En outre, 5 le brevet ne décrit pas un procédé pour retenir la molet- te sur l'axe autre que le procédé classique utilisant des roulements à billes, ce qui semble laisser un point fai- ble dans le dispositif de portée. Le brevet des E.U.A. n 4 145 094 décrit un dispositif de portée simplifié pour trépan à molettes coni- ques qui n'utilise pas de roulements à billes pour rete- nir les molettes sur leurs axes. Dans cette construction, la molette est retenue sur son axe par soudage au fais- ceau d'électrons d'un élément de butée axiale annulaire 15 sur l'axe, après que cet élément a été engagé dans la mo- lette, pour "épingler" la molette sur l'axe. Le but général de l'invention est donc de réali- ser un dispositif de portée perfectionné pour un trépan à molettes coniques qui soit capable de travailler pendant 20 des périodes plus longues, à des vitesses de rotation plus élevées et sous des charges appliquées plus éle- vées. D'une façon générale, l'invention a pour objet un dispositif de portée perfectionné pour le montage de 25 molettes coniques sur des trépans à molettes coniques. L'invention a plus précisément pour objet un trépan à mo- lettes coniques présentant une surface de portée de forme tronconique formée sur l'axe et qui s'accouple à une sur- face de portée de forme inversée prévue sur la molette. 30 L'invention comprend également des moyens pour précon- traindre et maintenir une compression entre ces deux sur- faces de portée. Dans la forme préférée de réalisation, les moyens de compression comprennent une tige de grande lon- 35 gueur qui est fixée à la molette à une extrémité, qui tra- verse le centre de l'axe et présente, à son autre extrémi-

6 té, une conformation présentant une surface de portée de butée qui entre en contact avec une surface de portée de butée prévue sur la branche du trépan. Dans sa forme la plus simple, cette tige est une vis qui est vissée dans 5 la molette, la vis tourne à l'intérieur de l'axe et il est prévu une paire de paliers du type rondelles de butée entre la tête de la vis et la surface externe de la bran- che. Dans une deuxième forme préférée de réalisa- 10 tion, les moyens comprennent une tige de grande longueur qui est fixée à l'axe ou à la branche à l'une de ses extrémités, qui traverse la molette et qui présente à l'au- tre extrémité une conformation présentant une surface de portée de butée destinée à s'accoupler à une surface de 15 portée de butée située sur la face externe de la molette. Dans la forme préférée de réalisation, l'axe, la molette et les paliers de butée sont faits de diamant polycristallin. La forme préférée de réalisation comprend également des moyens permettant de faire passer un cou- 20 rant de fluide de forage sur les surfaces de portée. Ceci se traduit par un refroidissement et une lubrification avantageux des paliers. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- 25 tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1 est une vue en perspective et en coupe partielle d'un exemple type de trépan à molettes coniques de la technique antérieure ; 30 la figure 2 est une vue en coupe représentant une première forme préférée de réalisation de trépan à molettes coniques de la présente invention avec une inter- face de portée tronconique entre l'axe et la molette coni- que ; 35 la figure 3 est une vue en perspective du pa- lier de l'axe de forme tronconique appropriée pour être

7 utilisée dans la forme de réalisation de la figure 2 ; la figure 4 est un diagramme schématique mon- trant une vue en coupe de deux paliers tronconiques, avec l'application et la décomposition des forces exercées sur 5 ces paliers ; la figure 5 est une vue en coupe d'une deuxième forme préférée de réalisation dans laquelle les moyens de retenue sont fixés à la branche du trépan. On se reportera maintenant aux dessins sur lesquels la figure 1 est une vue en perspective d'un exemple type de trépan à molettes coniques 11 de la technique an- térieure. Le trépan est composé d'un corps principal 12 possédant une extrémité 13 adaptée pour être vissée à un train de tiges (non représenté). Sur le corps principal 15 du trépan font saillie trois branches 14, sur chacune des- quelles est formé un axe 15. Une molette 16 qui porte des organes de coupe 17 est montée rotative sur chaque axe 15. La molette est retenue sur l'axe 15 au moyen d'un jeu de billes 18 qui garnissent un chemin de roulement usiné 20 dans l'axe et dans la face interne de la molette. Dans la fabrication, les billes sont introduites dans le chemin de roulement au moyen du passage 19. Ce passage 19 est en- suite fermé par un bouchon 80 et il sert ensuite à amener le lubrifiant aux billes 18 et aux rouleaux 21 des roulements, grâce au fait qu'il communique avec un passage 22 qui, à son tour, communique avec un réservoir de lubri- fiant 23. Un compensateur de pression 24 est disposé dans le réservoir 23 pour tenir compte des élévations de la pression et de la température ainsi que des fuites de lu30 brifiant. Un joint en élastomère 25 est interposé entre la molette et l'axe et sert à retenir le lubrifiant dans l'ensemble de portée et à empêcher les débris de.forage de s'y infiltrer. Le palier de butée axiale 27 sert à ab- sorber et à transmettre les forces orientées axialement 35 vers la molette tandis que les rouleaux 21 et un palier annulaire 28 jouent le même rôle pour les forces appli-

8 quées radialement à la molette. La figure 2 est une vue en coupe représentant une première forme préférée de réalisation de l'inven- tion. Cette forme de réalisation est un trépan à molettes 5 coniques qui comprend un corps principal de trépan 31, le- quel possède une extrémité 32 qui est adaptée pour être vissée à un train de tiges 30. Une branche 34 pend du corps principal du trépan vers le bas. La forme préférée de réalisation comprend également deux autres branches, 10 non représentées, qui sont également espacées autour du corps du trépan. On connait des trépans construits avec une, deux, trois ou plus de trois branches. Ces trépans sont tous dans le domaine de l'invention. Un axe 35 est formé sur la branche 34 et s'étend dans une direction in- 15 clinée vers le bas et vers l'intérieur. Une molette coni- que 36 est montée rotative sur l'axe 35. Des taillants 37 sont montés sur la molette pour attaquer le fond du trou. Un avantage de la présente invention est que, grâce à la simplification de la structure des portées, la molette co- 20 nique peut être plus épaisse, ce qui permet de former des poches plus profondes pour recevoir les taillants 37. Dans d'autres variantes de réalisation, les molettes coni- ques peuvent avoir des dents intégrées ou des côtes annulaires pour attaquer la matière. Des insertions de cali- 25 brage 38 sont montées sur la couronne de calibrage de la molette pour attaquer la roche sur la face latérale du trou de forage et ces insertions assurent l'importante fonction de maintenir le diamètre du trou de forage à une valeur constante. Lorsque cette couronne de calibrage 30 s'use, les forces exercées par la paroi latérale du trou de forage dans le sens indiqué par la flèche C croissent et, par ailleurs, tendent à déporter la molette par rap- port à son axe de rotation initial. Sur l'axe 35 est monté un coussinet 41 de forme 35 tronconique. I1 est à remarquer que, en utilisant l'ex- pression "de forme tronconique", on entend désigner la

9 surface latérale courbe d'un tronc de cône et non pas la petite base ni la grande base. Ce coussinet 41 est égale- ment représenté sur la figure 3 et d'autres détails de sa structure, dans la forme préférée de réalisation ainsi 5 que dans des variantes de réalisation, seront décrites à propos de cette figure. Au moins une partie de la surface externe courbe de la surface de portée de l'axe est faite de diamant polycristallin. Dans le présent mémoire, l'ex- pression "diamant polycristallin" et son abréviation 10 "DPC" désignent une matière comprenant des cristaux de diamant qui ont été frittés à une pression et une tempéra- ture ultra hautes, pour former une masse de cristaux orientés de façon aléatoire qui sont sensiblement directe- ment soudés aux cristaux adjacents. Etant donné que les 15 propriétés du nitrure de bore cubique polycristallin (BNCpc) sont très analogues à celles du DPC, une grande partie de l'exposé donné à propos du DPC est également ap- plicable au BNCpc. Pour des raisons qui seront exposées dans la suite, le DPC constitue le matériau préféré. Un 20 coussinet tronconique 42 de forme complémentaire est mon- té dans la molette conique 36. Dans la forme préférée de réalisation, la surface complémentaire de ce coussinet 42 de la molette conique est également composée de diamant polycristallin. 25 Une vis 43 est fixée par vissage dans la molet- te conique 36 au niveau de son extrémité 44. La vis 43 tournera donc avec la molette 36. Dans une forme préférée de réalisation, une goupille de blocage 61 peut être insé- rée à travers le passage 62 pour bloquer la vis en place, 30 en empochant ainsi la vis de tourner par rapport à la mo- lette conique, ce qui se produirait autrement sous l'effet du frottement entre les surfaces 45 et 46 du palier de butée axiale. La vis peut également être empêchée de tourner dans la molette conique 36 par application d'au- 35 tres procédés tels que le soudage, l'application de compo- sés de blocage, le matage, etc..

10 Dans une autre forme de réalisation, l'inven- teur a découvert le résultat surprenant que, lorsque le coussinet 41 de l'axe et le coussinet 42 de la molette conique sont formés de DPC, il est possible de laisser la 5 vis non bloquée et de la laisser auto-serrante sans qu'il ne se produise de grippage des coussinets. En particu- lier, au lieu de provoquer le grippage des coussinets, l'auto-serrage de la vis assure la fonction avantageuse de maintenir les coussinets dans un état de compression 10 l'un contre l'autre tout en compensant l'usure. Il peut donc être souhaitable dans les formes de réalisation pré- férées de permettre cet auto-serrage de la vis. On estime qu'il est du domaine de l'homme de l'art de choisir pour les filetages un pas qui éviterait d'imposer une trop for15 te contrainte & la vis et qui porterait au maximum les avantages de l'action d'auto-serrage. La vis 43 traverse un trou 54 ménagé dans l'axe 35 et possède une tête 47 qui est plus large que le trou 54. Cette tête 47 est adaptée pour recevoir un outil de 20 serrage, par exemple, une clé hexagonale ou une clé mâle. Contre la tête 47 de la vis 43, se trouve un coussinet (ou une pastille) ou une rondelle de butée axiale 46 qui s'accouple à un deuxième coussinet de butée 45 qui, à son tour, est adjacent à la branche 34. Chacun de ces coussi- 25 nets de butée 46 et 45 peut être, soit fixé dans sa posi- tion (c'est-à-dire fixé à la tête 47 ou à la branche 34 respectivement, soit être non fixé . Ainsi qu'on peut le voir, un évidement 56 ménagé dans la branche 34 est adap- té pour recevoir les coussinets de butée 45 et 46 ainsi 30 que la tête 47. Il peut également être souhaitable de fixer un capot sur cet évidement 56, ou encore de le rem- plir d'une matière de remplissage faite de résine époxy pour le protéger pendant le forage. Dans la forme préfé- rée de réalisation, les surfaces de portée complémentai- 35 res et accouplées des coussinets de butée 45 et 46 sont faites de diamant polycristallin. En outre, dans la forme 11n.~ ; 25831-00 préférée de réalisation, les coussinets de butée ont une interface sensiblement plane. Dans des variantes de réali- sation, il peut être souhaitable de donner à la tête 47 et aux coussinets 45 et 46 une forme qui donne naissance 5 à une interface tronconique entre les coussinets de bu- tée. On observera qu'un espace 57 est ménagé entre la surface d'extrémité distale 59 du coussinet 41 de l'axe et la surface interne 58 de la molette conique 36. 10 De même, la surface terminale proximale 60 de la molette conique 36 n'est pas en contact avec l'axe 35 ni avec la branche 34. Ces deux caractéristiques sont importantes parce qu'elles permettent au coussinet 42 de la molette de se comprimer librement contre le coussinet 41 de 15 l'axe. En d'autres termes, dans la forme préférée de réa- lisation, le coussinet tronconique de l'axe est la seule surface prévue sur l'axe ou sur la branche qui empêche la molette conique de se déplacer axialement dans le sens indiqué par la flèche B. 20 L'inventeur a découvert que, en utilisant cet agencement, les coussinets tronconiques et la vis, avec ses rondelles de butées, coopèrent pour apporter au moins deux importants avantages. Tout d'abord, le serrage de la vis permet de mettre les coussinets tronconiques en pré- 25 compression. En particulier, la vis est serrée suffisam- ment pour être mise en tension et pour mettre de cette façon l'axe et la molette dans un état de compression. Cet état de compression est très avantageux lorsque les coussinets de l'axe et de la molette conique sont consti- 30 tués par du diamant polycristallin. L'inventeur a observé que le DPC, bien que très résistant à la compression, est relativement faible à la traction. Si on doit l'utiliser comme matière de portée, il est donc préférable qu'il soit précontraint par des forces de compression, afin de 35 réduire à un minimum les forces de traction que le DPC pourra subir. En d'autres termes, le coussinet précon- 2583-100 12 traint est moins sujet à donner lieu à des "broutages" de paliers qui pourraient être préjudiciables à la structure du DPC. Ceci est particulièrement valable pour cette ap- plication aux trépans à molettes coniques, dans laquelle, 5 pendant le forage, le palier en DPC subit des efforts ir- réguliers provenant de directions multiples. Deuxièmement, cette configuration améliore l'ap- titude de la molette conique à conserver son axe de rotation d'origine. Ceci est vrai en raison du fait que la 10 combinaison des portées tronconiques et des portées de bu- tée représente une section triangulaire, dans un plan pas- sant par l'axe de rotation (c'est-à-dire que les côtés op- posés de l'interface des coussinets de la molette conique et de l'axe et l'interface entre les coussinets de butée 15 forment les trois côtés d'un triangle). Ceci signifie que, lorsqu'une force s'exerce sur la molette conique en provenance d'une direction quelconque, il y aura une par- tie de l'une des surfaces de portée sur laquelle la force possédera une composante sensiblement normale. Par exem20 ple, lorsque la molette subit de plus grandes forces exer- cées par la face latérale du trou de sonde sous l'effet de l'usure de la couronne de calibrage (dans le sens indi- qué par la flèche P sur la figure 2), l'interface entre les coussinets de butée est comprimée et le coussinet de 25 la molette conique ne peut pas se pincer ni se soulever du coussinet de l'axe. Dans une autre forme de réalisation, la surface distale 59 de l'axe 35 est en contact avec la surface 58 de la molette 36. Les dimensions sont soigneusement choi- 30 sies de fagon à permettre aux surfaces 58 et 59 d'entrer en contact tout en permettant d'exercer une compression suffisante entre les coussinets de l'axe et de la molette conique. Dans cette forme de réalisation, il est souhaita- ble de prévoir également du DPC sur au moins une partie 35 des surfaces 58 et 59. Le fait de permettre aux deux sur- faces 58 et 59 d'entrer en contact assure la protection

13 du palier contre les charges axiales excessives que l'on rencontre pendant le forage. Le même résultat peut égale- ment être obtenu en laissant la surface de talon 60 de la molette 36 entrer en contact avec la branche 34 du tré- 5 pan. Le fait de prévoir cette "butée" pour protéger les coussinets de l'axe et de la molette conique des charges axiales excessives peut être souhaitable dans les trépans destinés à être utilisés dans des formations hétérogènes ou avec de fortes charges exercées par le train de tiges. 10 Ces formes de réalisation peuvent également être utiles pour régler la valeur exacte de la charge de précontrain- te qui s'exerce sur les coussinets parce que la vis pour- rait être serrée sur l'endroit o les surfaces entrent en contact puis desserrée. 15 Il convient de remarquer que la forme de réali- sation préférée ne possède pas cette "butée" pour proté- ger les coussinets de l'axe et de la molette conique des charges axiales. L'inventeur a été surpris de constater que cet ensemble de portée, qui présente cette géométrie 20 particulière, travaille bien sous des charges axiales ex- trêmes. Ainsi qu'on le décrit de façon plus détaillée en regard de la figure 4, on estime que les grandes charges axiales provoqueraient un grippage du palier tronconique s'il n'était pas équipé d'un palier de butée séparé pour 25 absorber ces charges axiales. Au contraire, l'inventeur a constaté que les grandes charges axiales sont avantageu- ses pour le fonctionnement des paliers. Dans une autre forme de réalisation, au lieu d'utiliser une vis pour retenir la molette conique 36 sur 30 l'axe 35, une tige est, soit fixée à la molette dans la même position, soit au contraire d'une seule pièce avec la molette. Cette tige présente un filetage sur l'extrémi- té qui est engagée dans l'évidement 56 de la branche 34. Un écrou est alors vissé sur cette tige, avec interposi- 35 tion de deux rondelles de butée entre lui-même et la bran- che. Dans une autre forme de réalisation, un trou traver-

14 se l'axe et la molette conique et une vis munie de filets à ses deux extrémités est insérée à travers le trou. Un écrou est vissé sur chaque extrémité et des coussinets de butée sont interposés entre chaque écrou et la branche ou 5 une surface distale extérieure de la molette. Dans cette forme de réalisation, il peut être souhaitable de permet- tre aux deux écrous de se serrer spontanément. Ceci pour- rait se traduire par un meilleur réglage de la tension exercée sur la vis aux différents stades de l'usure des 10 éléments du trépan. Un autre important avantage de la forme préfé- rée de réalisation de l'invention consiste en ce qu'elle donne naissance à un trépan qui peut être fabriqué avec une très grande facilité. Tout d'abord, la fabrication 15 des trépans à molettes coniques typiques de la technique antérieure, implique une phase complexe "d'épinglage" dans laquelle on insère des billes de roulement à travers un trou dans un chemin de roulement pour retenir la molet- te sur l'axe. Au contraire, les molettes de la forme pré- 20 férée de réalisation peuvent être fixées simplement par passage de la vis de retenue à travers la branche et vis- sage de cette vis dans la molette conique. Deuxièmement, dans une fabrication typique de la technique antérieure, en raison de la complexité de 25 l'opération d'épinglage et des limites de l'espace disponible, chaque branche est habituellement forgée séparé- ment. Ensuite, une molette est épinglée sur chaque bran- che et les branches sont ensuites soudées sur un corps principal de trépan (voir brevet des E.U.A. n` 4 266 622 30 qui donne un exposé des problèmes inhérents à ce procé- dé). Au contraire, étant donné que les molettes de la pré- sente invention sont fixées par un procédé plus simple, il est devenu possible de réaliser les branches sous la forme de parties intégrantes du corps du trépan tout en 35 disposant de la possibilité de fixer les molettes. Par ailleurs, si deslimitations d'espace disponible empê-

15 chent de fixer les molettes sur les axes alors que les branches sont déjà en place, la forme préférée de réalisa- tion peut être légèrement modifiée. En particulier, les axes peuvent être fabriqués séparément des branches. De 5 cette façon, on peut engager les axes dans les molettes, glisser les molettes et les axes en position puis enfiler la vis de retenue dans les molettes à travers les bran- ches. Les axes peuvent être indexés avec les branches pour assurer un positionnement correct et la retenue de 10 ces axes sur les branches. Un autre avantage qui est apporté par cette sim- plification du procédé de fabrication consiste en ce qu'il apporte la possibilité de reconditionner les tré- pans usés. Actuellement, la technique standard de l'indus- 15 trie du forage consiste à mettre au rebut le 'trépan com- plet lorsqu'une partie quelconque de ce trépan est défail- lante, puisque ni les molettes ni les paliers ne peuvent être remplacés avec la solution des branches soudées. Avec la présente invention, il est possible de remplacer 20 les molettes sans détruire ni reconstituer l'ensemble du trépan. Il est donc économique d'utiliser au maximum cha- cune des parties du trépan. En effet, des essais prélimi- naires montrent que ce seront les paliers qui auront la plus grande espérance de vie. De cette façon, on peut en- 25 lever les coussinets lorsque le corps du trépan et les taillants sont usés et les utiliser dans un trépan neuf. Un avantage qui résulte également de cette sim- plification de la fabrication des trépans consiste en ce qu'il sera maintenant possible d'entretenir les trépans à 30 molettes coniques sur place. C'est-à-dire que, étant don- né que les molettes peuvent être déposées et fixées par une opération relativement simple et avec des outils stan- dards, il sera possible de remplacer les molettes sur le site de forage. En supplément du remplacement des molet- 35 tes usées, il sera également possible pour un sondeur de tenir un inventaire de molettes possédant différents ty-

16 pes de taillants et, de cette façon, on pourra mieux adap- ter les caractéristiques de coupe du trépan à la forma- tion dans laquelle il travaille. Avec la technologie uti- lisée jusqu'à présent, le sondeur doit tenir un coûteux 5 inventaire de trépans complets pour obtenir le même résul- tat. Bien que des essais préliminaires montrent que le palier selon l'invention travaille bien à des charges élevées et à de grandes vitesses de rotation sans aucune 10 lubrification, on considère comme avantageux dans la for- me préférée de réalisation de refroidir et de lubrifier les coussinets 41 et 42 de l'axe et de la molette conique ainsi que les rondelles de butée 46 et 45. Dans la forme préférée de réalisation, ce résultat est obtenu en pré- 15 voyant un passage 52 qui communique, à une extrémité, avec une cavité centrale 51 ménagée dans le corps 31 du trépan et qui, à son tour communique avec une source de fluide de forage passant dans le train de tiges. Une gril- le ou une crépine 53 est placée dans la cavité centrale 20 51 pour empêcher les grosses particules de pénétrer dans le passage 52. L'autre extrémité du passage 52 communique avec le trou 54 de l'axe. De cette façon, un courant de fluide de forage peut circuler sur les coussinets de l'axe et de la molette conique et également sur les ron- 25 delles de butée 45 et 46. Un résultat surprenant est qu'un fluide de forage tel qu'une boue de forage typique peut jouer le rôle de lubrifiant aussi bien que de réfri- gérant pour le palier de la forme de réalisation préfé- rée. La boue de forage contient normalement de grandes 30 quantités de particules de silicate abrasives. De nom- breux trépans sont conçus pour empêcher la boue d'entrer en contact avec les paliers. Avec la présente invention, dans le cas o les paliers sont composés de diamant poly- cristallin, ces particules de silicate sont effectivement 35 broyées par les surfaces de diamant polycristallin et transformées en fines particules qui se comportent comme

17 un lubrifiant sur les surfaces de portée en diamant. La forme préférée de réalisation n'exige donc pas de joint qui devrait empêcher la boue de forage d'entrer en con- tact avec les portées, mais, au contraire, elle utilise 5 la boue de forage comme lubrifiant et comme agent de refroidissement. La figure 3 est une vue en perspective du cous- sinet d'axe 41, de forme tronconique, de la forme préfé- rée de réalisation. Ce coussinet est de forme appropriée 10 pour s'accoupler à un coussinet de molette conique, de forme inverse (non représenté). Dans la forme de réalisa- tion préférée, le coussinet d'axe comprend un élément de base 71 qui tient des pastilles 72 en diamant polycristal- lin dans des trous 73. Chaque pastille 72 est composée 15 d'une couche de diamant polycristallin 74 fixée directe- ment à un support en carbure de tungstène lié 75. Ces pas- tilles 72 à support de carbure sont formées par frittage d'une masse de cristaux de diamant contre une pièce de carbure préalablement liée, en utilisant des pressions et 20 températures ultra hautes. La hauteur, le rayon et la pente de l'élément de base 71 sont dictés par les différents paramètres de la construction, tels que la dimension et la forme de la molette. En particulier, les dimensions des coussinets 25 tronconiques doivent être choisies en tenant compte des considérations suivantes. Le coussinet doit s'ajuster dans la molette et permettre de conserver une épaisseur de paroi suffisante à cette molette. Les dimensions du coussinet doivent également permettre de donner une épais- 30 seur suffisante à l'axe, qui est également traversée par le trou 54. En raison de la très forte usure de la couron- ne de calibrage du trépan, il est important que les cous- sinets tronconiques ne se prolongent pas à l'extérieur du trépan. C'est-à-dire que la partie du palier qui est la 35 plus proche de la couronne de calibrage doit rester conte- nue dans le trou de la molette. En outre, la pente du pa-

18 lier influe également sur la retenue de la molette sur son axe lorsque cette molette subit l'action de forces multidirectionnelles issues de la paroi latérale et du fond du trou. Avec un grand angle entre la surface des 5 coussinets et l'axe de rotation, les forces exercées par la paroi latérale et par le fond du trou auront une plus grande composante de cisaillement à l'interface des cous- sinets de l'axe et de la molette que si les mêmes forces s'exerçaient avec un angle plus petit. Pour la forme pré- 10 férée de réalisation, l'angle entre la surface de portée et l'axe de rotation est de 20 . Les principes généraux de la mécanique tendent à amener l'homme de l'art à conclure que la géométrie tronconique serait mal appropriée pour des paliersà frot- 15 tement de glissement qui subissent de grandes forces orientées axialement. Un palier à frottement de glissement de forme tronconique soumis à de grandes charges axiales se comporterait très sensiblement à la façon d'un coin dans lequel la force normale-à la face du coin se- 20 rait supérieure à la force appliquée vers le bas. La figu- re 4, qui est une coupe schématique d'une paire de paliers tronconiques à frottement de glissement illustre ce point. Lorsque le coussinet 42 de la molette conique est emmanché sur le coussinet 81 de l'axe avec la force axia- 25 le représentée par la flèche Fa, la force qui résiste à ce mouvement est représentée par la flèche Fr. Toutefois, étant donné que ces deux surfaces de portée ne sont pas fixées, la seule force antagoniste doit être normale aux deux surfaces et elle est représentée par la flèche Fn. 30 Etant donné que. la force normale Fn forme un angle avec la force Fr, elle doit nécessairement être de plus grande valeur que la force Fr. Il en résulte que la force norma- le Fn (la force qui détermine la force de frottement en- tre les deux coussinets) est augmentée. 35 En termes trigonométriques, la force appliquée Fa et la force normale Fn qui s'exerce entre le coussinet

19 tronconique 81 de l'axe et le coussinet tronconique 82 de la molette sont liées par les équations suivantes : 1) Fn = Fa sin e, et (Fn = Fa sin e) 2) Ff = f Fn = Fa f sin e, 5 o e est l'angle formé entre la surface externe du coussi- net et l'axe de rotation de la molette conique, f est le coefficient de frottement de la matière du coussinet, Ff est la force de frottement qui résiste à la rotation du coussinet 82 de la molette conique sur le coussinet 81 de 10 l'axe. Par rapport aux forces normales à la surface du pa- lier, la force appliquée Fa est multipliée par le facteur 1/sin G. Lorsque sin G s'approche de (c'est-à-dire au fur et à mesure que la pente du palier devient plus rai- de), 1/sin e tend vers l'infini et la force normale Fn de- 15 vient infiniment grande. Le résultat pratique est que, dans un palier à frottement de glissement tronconique qui subit de grandes contraintes axiales, les forces normales deviendraient suffisamment grandes pour excéder la force de frottement Ff et provoquer le grippage du palier. Un 20 résultat surprenant de la présente invention est que, mê- me avec une grande charge de précompression, il ne se pro- duit pas de tel grippage lorsqu'on utilise pour la mati- ère des coussinets une matière telle que le diamant polycristallin. 25 Comme on le voit en se reportant à nouveau à la figure 3, la position, les dimensions et les nombres de pastilles de chaque coussinet sont choisis de façon à fai- re en sorte que les surfaces en diamant polycristallin supportent les charges qui s'exercent entre la molette co- 30 nique et l'axe. Ainsi qu'on l'a représenté, chaque pastille 72 fait légèrement saillie sur la surface externe de l'élément de base 71. Dans la forme de réalisation repré- sentée, il est prévu trois rangées annulaires de pastil- les sur chaque coussinet. Sur le coussinet de l'axe, on 35 trouve dix pastilles dans la rangée la plus proche de la branche, huit pastilles dans la rangée centrale et huit

20 pastilles dans la rangée distale. Sur le coussinet de la molette conique, il y a neuf pastilles dans chacune des trois rangées. Cet agencement particulier a été choisi de façon à assurer un degré approprié de recouvrement entre 5 les surfaces de diamant polycristallin dans toutes les po- sitions angulaires de la molette. Dans une autre forme préférée de réalisation, on prévoit deux rangées annulai- res de pastilles dans chaque coussinet et l'espacement an- gulaire entre les pastilles est choisi de telle manière 10 qu'il y ait des nombres différents de pastilles dans les rangées correspondantes des coussinets de la molette et de l'axe, de façon à assurer la douceur du fonctionne- ment. Un coussinet peut contenir des pastilles très rap- prochées tandis que les pastilles de l'autre coussinet 15 peuvent être relativement largement espacées. Naturelle- ment, l'intervalle entre les pastilles prévues sur l'un des coussinets doit être plus petit que le diamètre des pastilles portées par l'autre coussinet. Des variantes de réalisation comprennent des constructions dans lesquelles 20 on prévoit des pastilles en nombre plus petit ou en nom- bre plus grand, ainsi qu'un plus grand nombre de ran- gées. Le diamant polycristallin (DPC) est la matière préférée en qualité de matière de surface de coussinet. 25 Bien que le DPC soit extrêmement résistant à l'usure, il est relativement fragile, c'est-à-dire qu'il a une résistance à la traction relativement basse. Il en résulte qu'on ne devrait pas s'attendre à ce que le DPC donne de bons résultats dans les applications aux paliers de tré- 30 pans à molettes coniques o l'on observe des contraintes de choc très élevées et irrégulières. Les inventeurs ont au contraire découvert que ce problème peut être résolu en maintenant les paliers en DPC dans un état de compres- sion. C'est-à-dire que l'inventeur a compris que la résis- 35 tance à la compression extrêmement élevée du DPC pourrait être utilisée pour compenser la faiblesse de sa résistan- 2 ~1 2 5 82583100 21 ce à la traction. Lorsque les paliers sont maintenus dans un état de compression, les forces de traction sont forte- ment réduites. Le DPC précomprimé peut ainsi survivre aux grandes charges d'impact qui s'exercent sur les coussi- 5 nets des axes et des molettes coniques. Une autre raison pour laquelle il ne viendrait pas naturellement à l'idée d'utiliser le diamant polycris- tallin en tant que surface de portée réside dans le fait que la plupart des utilisations du DPC jusqu'à ce jour 10 consistaient dans des opérations de coupe, de meulage et d'abrasion. C'est-à-dire que l'on estimerait que le DPC est trop rugueux ou trop abrasif pour pouvoir être utili- sé avec succès en qualité de surface de portée. Toute- fois, on a constaté que, lorsque deux surfaces de DPC 15 sont bien polies et bien ajustées l'une sur l'autre, le coefficient de frottement est en réalité très faible. L'inventeur a mesuré une valeur de seulement 0,005 sur de larges intervalles de valeurs de la charge et de la vites- se, atteignant jusqu'à 17 500 kg de précompression axiale 20 et 1 000 tr/mn. En fait, le coefficient de frottement res- te faible sur une large gamme de valeurs de la charge appliquée, ce qui est le plus vraisemblablement dû à sa grande résistance à la compression. Ce faible coefficient de frottement aux grandes charges appliquées est très 25 important pour la géométrie tronconique qui a été décrite en regard de la figure 4. Un autre avantage que l'on a ob- servé dans l'utilisation du DPC pour les paliers de la forme préférée de réalisation consiste dans la haute con- ductibilité thermique du DPC. En particulier, il est im- 30 portant que les paliers soient capables de dissiper la chaleur qui s'accumule pendant l'utilisation. Un autre avantage de la forme préférée de réali- sation qui utilise du DPC consiste dans son inertie rela- tive. C'est-à-dire que, dans la plupart des paliers qui 35 sont soumis à de fortes contraintes à des températures élevées, il se pose un problème de soudage des surfaces

22 en contact. Pour éviter ce problème, la plupart de ces pa- liers sont faits de matières dissemblables, solution qui pourrait introduire de nouveaux problèmes liés à la diffé- rence des coefficients de dilatation thermique, etc.. Au 5 contraire, lorsqu'on utilise le DPC dans la présente in- vention, le fait que le diamant est relativement non réac- tif élimine ces problèmes. D'autres formes de réalisation peuvent utiliser des matières autres que le diamant polycristallin pour ré- 10 aliser la surface de portée des coussinets tronconiques des molettes coniques et des axes. Le nitrure de bore cu- bique polycristallin présente de nombreuses propriétés identiques à celles du DPC et, en outre, il possède une stabilité thermique très supérieure et, de cette façon, 15 il pourrait être utilisé en remplacement dans le palier de la présente invention. En outre, on peut constater que des matières céramiques ou cermets particulières possè- dent les propriétés nécessaires pour pouvoir être utili- sées dans les paliers. 20 Aussi bien le support 75 que la couche de dia- mant polycristallin 74 sont préformés pour présenter la courbure et la pente de la surface externe du coussinet de l'axe. La couche de DPC 74 est mise en forme pendant le cycle de compression à des pressions et températures 25 ultra hautes, par frittage contre le support de carbure 75, qui a été préalablement mis à la forme voulue. De mê- me, les pastilles utilisées dans le coussinet de la molet- te conique (non représenté) sont préformées pour se con- former à la courbure et à la pente de la surface interne 30 du coussinet de la molette conique. Le préformage de la couche de diamant à une forme aussi proche que possible de la forme voulue, par opposition à un procédé qui parti- rait d'une forme plate ou d'une autre forme non conforme, s'est révélé important pour trois raisons. Tout d'abord, 35 le diamant polycristallin est extrêmement résistant à l'usure. Le meulage ou le taillage du diamant polycristal-

23 lin qui serait nécessaire pour l'ajuster sur la forme fi- nale exigerait donc beaucoup de temps et d'efforts. Deuxièmement, étant donné que le diamant poly- cristallin est une matière relativement fragile, il est 5 important que les pastilles polycristallines présentent- déjà des surfaces lisses avant qu'on ne les fasse porter les unes contre les autres. En d'autres termes, si les pièces de diamant polycristallin subissent des contacts ponctuels, il est vraisemblable qu'elles s'écailleront ou 10 se fissureront. Il est donc important de disposer de pièces en diamant polycristallin qui possèdent déjà la courbure et la pente de l'interface entre les coussinets avant qu'elles ne soient mises en utilisation. Troisièmement, l'inventeur a découvert que la 15 finition finale des surfaces en diamant polycristallin peut s'effectuer simplement en faisant tourner les deux coussinets l'un contre l'autre à des vitesses élevées et sous des charges élevées. Cette simplification du proces- sus de finition ne serait pas possible si les surfaces en 20 diamant polycristallin n'étaient pas déjà très proches de leurs formes définitives. En dehors du procédé préféré d'utilisation des pastilles de DPC rapportées dans des éléments de base tronconiques, il existe des variantes de procédés permet- 25 tant de former des surfaces de portée en DPC qui présen- tent la forme tronconique de la présente invention. Théoriquement, il serait souhaitable de produire un coussinet pour la présente invention en une seule pièce de DPC, avec ou sans support de carbure, pour le coussinet d'axe 30 ou pour le coussinet de molette conique. Toutefois, la technologie de compression à haute pression actuelle ne permet pas de produire des pièces de DPC d'une dimension suffisante. Une variante éventuellement utilisable consiste 35 à produire plusieurs segments ou "tuiles" de DPC qui pour- raient être assemblés pour produire des surfaces de DPC

24 mutuellement contiguës pour les coussinets selon l'inven- tion. Ces tuiles pourraient être utilisées pour couvrir la totalité des surfaces tronconiques ou, en variante, el- les pourraient être agencées en rangées annulaires ou 5 dans d'autres configurations qui donneraient naissance à des surfaces de DPC complémentaires l'une de l'autre d'une aire suffisante pour supporter les charges qui s'exercent entre la molette conique et l'axe tout en faci- litant la rotation de la molette conique sur son axe. 10 Une autre variante de procédé pour former les surfaces de coussinet en DPC selon l'invention consiste à utiliser le DPC dans une matrice à haute concentration. En particulier, il est possible de compléter le volume d'une masse de morceaux ou de grains de DPC d'un métal ap- 15 proprié, ou d'une matière équivalente, pour produire une pièce d'un seul tenant qui possède des propriétés analo- gues à celles d'une pièce de DPC massif. Un avantage con- siste en ce que cette matrice de DPC à haute concentra- tion peut être produite dans des pièces beaucoup plus 20 grandes que celles qu'il est possible d'obtenir avec du DPC. De cette façon, on peut produire une surface de por- tée en DPC d'une seule pièce. Une autre variante pour former une surface de portée en DPC consisterait à revêtir un élément de base 25 de DPC. C'est-à-dire qu'il est possible de revêtir un élé- ment de base de coussinet d'axe ou un élément de base de coussinet de molette d'une couche de DPC, par des techni- ques telles que la projection à la flamme, le placage sans électricité, etc.. Des surfaces de DPC peuvent être 30 appliquées de cette façon aux coussinets selon l'inven- tion. Bien que ces autres variantes utilisables pour l'incorporation de DPC dans des coussinets d'axe et de mo- lette conique soient applicables, on remarquera que la 35 forme préférée de réalisation, c'est-à-dire celle qui com- prend des pastilles de DPC préformées tenues dans des élé-

25 ments de base tronconiques a apporté certains avantages à la fois surprenants et importants. Naturellement, compte tenu du prix de revient relativement élevé du DPC, il est économique de n'utiliser que la quantité de DPC qui est 3 nécessaire. Toutefois, on avait imaginé qu'une surface de DPC continue serait nécessaire pour assurer une douceur de rotation et une capacité de support de charge suffisan- tes. Contre toute attente, le palier construit conformé- ment à la forme préférée de réalisation a présenté des 10 propriétés de douceur de fonctionnement et de capacité de support de charge remarquables. Un autre avantage apporté par l'utilisation de pastilles de DPC discrètes dans les coussinets consiste en ce qu'elle permet d'obtenir un re- froidissement et une lubrification améliorés des surfaces 15 de DPC. Lorsque les pastilles font légèrement saillie sur l'élément de base, la boue de forage peut circuler autour de chaque pastille 72. En outre, étant donné que les pas- tilles de DPC ne présentent pas une surface continue, la boue de forage peut circuler directement sur les surfaces 20 de portée. La figure 5 représente une forme de réalisation de l'invention qui est identique à celle décrite sur la figure 2, sauf que la vis de retenue 93 de la figure 5 est vissée dans la branche 34 au lieu d'être vissée dans 25 la molette, comme sur la figure 2. La tête 98 de la vis 93 est-en contact avec un coussinet de butée 96 qui s'ac- couple à un coussinet de butée 97, lequel est en contact avec la surface de fond d'un évidement 106 ménagé dans la molette conique 36. Etant fixée de cette façon, la vis de 30 retenue 93 de cette forme de réalisation ne tourne pas avec la molette 36. Toutefois, le frottement entre les surfaces de portée accouplées des coussinets de portée 97 et 96, combiné au pas des filets 94, produisent un effet d'auto-serrage, de même que dans la forme de réalisation 35 représentée sur la figure 2. Ici également, de même que dans la forme de réalisation de la figure 2, il est sou-

26 haitable de maintenir la vis 93 sous tension, de façon que le coussinet 41 de l'axe et le coussinet 42 de la mo- lette conique soient constamment pressés l'un contre l'au- tre, en déterminant ainsi une compression des surfaces de 5 portée. Dans une autre variante de réalisation, non représentée, la vis de retenue est munie de filets à ses deux extrémités. Une paire de coussinets de butée et un écrou sont montés sur les deux extrémités. Ces coussinets 10 de butée peuvent être plats, comme on l'a représenté sur les figures 2 et 5, tronconiques, ou d'une autre forme qui donne les meilleurs résultats. Le sens et le pas de chaque filetage sont choisis de manière à déterminer un auto-serrage aux deux extrémités. Cette forme de réalisa- 15 tion peut être souhaitable pour réduire les contraintes exercées sur la vis de retenue. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits à titre d'exemples non limita- tifs sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi 20 que, bien que la description de l'invention n'indique que des vis filetées pour retenir la molette conique sur l'axe et maintenir la compression entre les surfaces de portée de la molette conique et l'axe, on peut adopter d'autres formes de réalisation. Par exemple, on peut uti- 25 liser pour assurer les mêmes fonctions des tiges qui sont soudées et/ou maintenues en place par serrage thermique. En outre, bien que les molettes coniques décrites utili- sent toutes des éléments de coupe rapportés pour attaquer 30 la matière, il va de soi que le dispositif de paliers se- lon l'invention est également bien approprié pour d'au- tres types de molettes coniques tels que ceux qui utili- sent des dents d'acier ou des côtes annulaires pour atta- quer et désintégrer la matière. En outre, alors que la ma- 35 jeure partie de l'exposé a été concentrée sur l'utilisa- tion de diamant polycristallin sur les surfaces de por-

27 tée, on considère comme dans le domaine de l'invention d'utiliser d'autres matières pour les surfaces de portée, par exemple, du nitrure de bore cubique polycristallin, des matières céramiques ou cermets, qui peuvent travail- 5 ler de façon appropriée dans ces conditions.

Claims

R E V E N D ICATIONS .CLMF: 1 - Trépan de forage à molettes coniques, carac- térisé en ce qu'il comprend : un corps principal (31) mu- ni d'au moins une branche (34) qui s'étend vers le bas, cette branche portant un axe (35), lequel porte un coussi- 5 net d'axe (41) qui forme une surface de portée de forme sensiblement tronconique ; une molette conique (36) mon- tie rotative sur chaque axe (35), ladite molette portant un coussinet de molette (42) muni d'une surface qui s'ac- couple à la surface de portée de forme tronconique du 10 coussinet d'axe et des moyens (43, 93) servant à mainte- nir les deux coussinets appliqués l'un contre l'autre dans un état de compression.

2 - Trépan à molettes coniques selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de compres- 15 sion comprennent une tige (43) qui tourne dans l'axe (35), ladite tige possédant une première extrémité (44) fixée à la molette conique (36) et une deuxième extrémité (47) comprenant un coussinet (46) qui s'accouple à un coussinet (45) porté par la branche (34). 20
3 - Trépan à molettes coniques selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la première extrémité de la tige (43) est fixée dans la molette conique (36) par vissage.
4 - Trépan à molettes coniques selon la revendi- 25 cation 3, caractérisé en ce que le coussinet (46) prévu sur la deuxième extrémité de la tige (43) comprend une première rondelle de butée (46) munie d'une surface de portée et que le coussinet (45) prévu sur la tige (34) comprend une deuxième rondelle de butée (45) munie d'une 30 surface de portée, les surfaces de portée de la première et de la deuxième rondelles de butée s'accouplant l'une à l'autre et étant maintenues en compression l'une contre l'autre.
5 - Trépan à molettes coniques selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de retenue (93) comprennent une tige (93) autour de laquelle la mo- lette conique (36) tourne et possèdent une première extrémité fixée à l'axe (35) et une deuxième extrémité (98) 5 qui comprend un coussinet (96) qui s'accouple à une deuxième surface de portée (97) prévue sur la molette co- nique (36).
6 - Trépan à molettes coniques selon la revendi- cation 5, caractérisé en ce que la première extrémité de 10 la tige (93) est fixée par vissage dans l'axe (35).
7 - Trépan à molettes coniques selon la revendi- cation 6, caractérisé en ce que le coussinet (96) de la deuxième extrémité (98) de la tige (93) comprend une pre- mière rondelle de butée (96) présentant une surface de 15 portée et en ce que le deuxième coussinet (97) porté par la molette conique (36) comprend une deuxième rondelle de butée (97) munie d'une surface de portée, les surfaces de portée de la première et de la deuxième rondelles de bu- tée s'accouplant entre elles et étant maintenues en com20 pression l'une sur l'autre.
8 - Trépan à molettes coniques selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 4, 5 et 7, carac- térisé en ce que le coussinet (41) de l'axe et le coussinet (42) de la molette conique sont faits de 25 diamant polycristallin. .CLMF: 9- Trépan à molettes coniques selon l'une des revendications 4 et 7, caractérisé en ce que les surfaces de portée de la première et de la deuxième rondelles de butée (52) sont faites de diamant polycris- 30 tallin.
10 - Trépan à molettes coniques selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 4, 5 et 7, caractéri- sé en ce qu'il comprend des moyens (52) permettant de fai- re circuler un courant de fluide de forage sur les surfa- 35 ces de portée de l'axe et de la molette conique. .CLMF: 11 Trépan de forage à molettes coniques selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens (52) servant à faire passer un courant de fluide de fora- qe sur les surfaces de portée de l'axe et de la molette conique comprennent un passage (52) ménagé à travers le 5 trépan (11), qui communique, à une extrémité, avec une source de fluide de forage acheminé par un train de tiges de forage et, à l'autre extrémité, avec les coussinets (41, 42) de l'axe et de la molette, et avec un passage de sortie. 10
12 - Trépan de forage à molettes coniques, ca- ractérisé en ce qu'il comprend : un corps principal de trépan (31) muni d'au moins une branche (34) s'étendant vers le bas, chaque branche portant un axe (35), ledit axe portant un coussinet d'axe (41) muni d'une surface de 15 portée externe sensiblement tronconique composée de dia- mant polycristallin ; une molette conique (36) montée ro- tative sur l'axe, la molette conique portant un coussinet de molette conique (42) muni d'une surface composée de diamant polycristallin qui s'accouple à la surface de por- 20 tée sensiblement tronconique du coussinet (41) de l'axe, ledit axe présentant un trou (54) qui renferme l'axe de rotation de la molette conique ; une vis (43) qui passe à travers ledit trou (54) de l'axe et possède une première extrémité (44) qui est fixée par vissage à la molette conique et une deuxième extrémité élargie (47) placée à l'extérieur dudit trou (54) ; un premier coussinet de bu- tée (46) qui est adjacent à ladite extrémité élargie (47) et à travers laquelle passe ladite vis (43), ledit pre- mier coussinet de butée possédant une première surface de 30 portée de butée ; un deuxième coussinet de butée (45) qui est adjacent à ladite branche (34) et à travers lequel passe ladite vis (43), ledit deuxième coussinet de portée possédant une deuxième surface de portée de butée qui s'accouple à ladite première surface de portée de butée 35 et ladite vis (43) étant maintenue sous tension de ma- nière à mettre le coussinet d'axe (41) et le coussinet de molette (42) en compression l'un contre l'autre et à met- tre lesdites première et deuxième surfaces de portée de butée en compression l'une contre l'autre.
13 - Trépan de forage à molettes coniques, ca- 5 ractérisé en ce qu'il comprend : un corps principal de trépan (31) muni d'au moins une branche (34) s'étendant vers le bas, chaque branche portant un axe (35), ledit axe portant un coussinet d'axe (35) qui présente lui-mê- me une surface de portée sensiblement tronconique et com- posé de diamant polycristallin ; une molette conique (36) 10 montée rotative sur l'axe, la molette conique portant un coussinet de molette conique (42) muni d'une surface de portée composée de diamant polycristallin, qui s'accouple à la surface de portée de forme sensiblement tronconique 15 du coussinet (41) de l'axe, la molette conique définis- sant un trou qui renferme l'axe de rotation de la molette conique ; une vis (93) qui passe à travers ledit trou de la molette conique et possède une première extrémité qui est fixée par vissage (en 94) à l'axe (35), et une deuxi- 20 ème extrémité élargie .(98) placée à l'extérieur dudit trou ; un premier coussinet de butée (96) qui est adja- - cent à ladite extrémité élargie (98) et à travers lequel passe ladite vis (93), ledit premier coussinet de butée présentant une première surface de portée de butée ; un 25 deuxième coussinet de butée (97) qui est adjacent à ladi- te molette conique (36) et à travers lequel passe ladite vis (93), ledit deuxième coussinet de butée présentant une deuxième surface de portée de butée qui s'accouple à ladite première surface de portée de butée ; et ladite 30 vis (93) étant maintenue sous tension de manière à mettre ledit coussinet d'axe (41) et ledit coussinet de molette conique (42) en compression l'un contre l'autre, et à met- tre lesdites première et deuxième surfaces de portée de butée en compression l'une contre l'autre. 35
14 - Trépan de forage à molettes coniques carac- térisé en ce qu'il comprend : un corps principal de tré- 258O100 32 pan (31) muni d'au moins une branche (34) s'étendant vers le bas, chaque branche portant un axe (35), ledit axe por- tant un coussinet d'axe (41) qui présente une surface de portée de forme sensiblement tronconique, comprenant du 5 diamant polycristallin ; une molette conique (36) montée rotative sur l'axe, la molette conique portant un coussi- net de molette conique (42) qui présente une surface de portée composée de diamant polycristallin et qui s'accou- ple à surface de portée de forme sensiblement tronconique 10 du coussinet (41) de l'axe, ladite molette conique défi- nissant un trou qui renferme l'axe de rotation de la mo- lette conique ; ledit axe (35) définissant un trou qui renferme l'axe de rotation de la molette conique ; une vis qui passe à travers le trou de l'axe et le trou de la 15 molette conique, ladite vis présentant une première extré- mité munie d'un premier écrou vissé sur cette extrémité et une deuxième extrémité munie d'un deuxième écrou vissé sur cette extrémité ; un premier jeu de coussinets de bu- tée à travers lesquels passe la première extrémité de la 20 vis et qui sont placés entre le premier écrou et la bran- che, un deuxième jeu de coussinets de butée à travers les- quels passe la deuxième extrémité de la vis et qui sont placés entre le deuxième écrou et la molette conique ; et le premier écrou et le deuxième écrou étant suffisamment 25 serrés pour mettre ladite vis sous tension, en mettant ainsi le coussinet (41) de l'axe et le coussinet (42) de la molette conique en compression l'un contre l'autre.
15 - Trépan à molettes coniques selon l'une quelconque des revendications 12, 13 et 14, caractérisé 30 en ce que ladite vis (43, 93) est de nature à se serrer spontanément pendant le forage.
16 - Trépan à molettes coniques selon l'une quelconque des revendications 12, 13 et 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (52) servant à 35 faire passer un courant de fluide de forage sur les surfaces de portée de l'axe et de la molette conique.

17. - Trépan à molettes coniques selon l'une quelconque des revendications 1, 4, 7, 12, 13 et 14, ca- ractérisé en ce que ledit coussinet tronconique d'axe (41) est composé d'un élément de base (71) possédant une 5 surface externe de configuration tronconique et une plura- lité de pastilles rapportées en diamant polycristallin (72) qui sont tenues en place par ledit élément de base.
18 - Trépan à molettes coniques selon la reven- dication 17, caractérisé en ce que lesdites pastilles rap- 10 portées en diamant polycristallin (72) comprennent une partie (74) en diamant polycristallin fixée directement à un support (75) en carbure lié.
19 - Trépan à molettes coniques selon la reven- dication 18, caractérisé en ce que lesdites pastilles rap- 15 portées en diamant polycristallin (72) sont moulées à une forme qui possède sensiblement la pente et la courbure du coussinet de forme tronconique (41) de l'axe.